同步發(fā)電機并網(wǎng)運行

1、第十八章 同步發(fā)電機的并聯(lián)運行,教學要求：,1熟悉同步發(fā)電機并聯(lián)合閘的條件和方法,2掌握同步發(fā)電機并聯(lián)運行的基本電磁關系、 功率及轉矩平衡方程式,3掌握有功功率和無功功率的調(diào)節(jié),4理解V形曲線的物理意義,第一節(jié) 概述,同步發(fā)電機并聯(lián)運行的優(yōu)點：,1.電能的供應可以互相調(diào)劑，合理使用。,2.增加供電的可靠性。,3.提高供電質(zhì)量，電網(wǎng)的電壓和頻率能保持在要求的 恒定范圍內(nèi)。,4.系統(tǒng)愈大，負載就愈趨均勻，不同性質(zhì)的負載，互 相起補償作用。,5.聯(lián)成大電力系統(tǒng)，有可能使發(fā)電廠的布局更加合理,3.發(fā)電機的電壓相序與電網(wǎng)的電壓相序相同（發(fā)電機相序決定于原動機的轉向，一般是固定的）,第二節(jié) 并聯(lián)合閘的條件

2、和方法,4.在合閘時，發(fā)電機的電壓相角與電網(wǎng)電壓的相角一樣,一、條件： 并聯(lián)投入時，避免產(chǎn)生大的電流沖擊和轉軸受到突然的扭矩。并聯(lián)合閘必須滿足四個條件：,1.發(fā)電機頻率等于電網(wǎng)的頻率（各國電網(wǎng)頻率大致有兩種：50Hz或60Hz，我國為50Hz）,2.發(fā)電機的電壓幅值等于電網(wǎng)電壓的幅值，且波形一致,二、方法：,1. 準確同步法：將同步發(fā)電機調(diào)整到符合并聯(lián)條件后進行并網(wǎng)操作，分為暗燈法和旋轉燈光法兩種。,(1)暗燈法： 電網(wǎng)與同步發(fā)電機之間的三相并聯(lián)開關兩側接燈泡，稱相燈，若三相相燈同明同暗，說明相序正確；當三組相燈同時熄滅時，表示電壓差 ，即可并網(wǎng)合閘。,暗燈法接線和向量圖,當不滿足并網(wǎng)條件時，

3、暗燈法所見的現(xiàn)象,a.頻率不等：相燈將呈現(xiàn)同時暗、同時亮的交替變化現(xiàn)象，說明發(fā)電機與電網(wǎng)的頻率不同，需調(diào)節(jié)原動機轉速從而改變發(fā)電機頻率。,b.電壓不等：三個相燈沒有絕對熄滅的時候，而是在最亮和最暗范圍閃爍，需調(diào)節(jié)勵磁電流從而改變發(fā)電機的端電壓。,c.相序不等：三個相燈明暗呈交替變化狀態(tài)，說明發(fā)電機與電網(wǎng)的相序不同,需對調(diào)發(fā)電機或電網(wǎng)的任意兩根接線。,d. 相角不等：三組相燈不同時熄滅，不能合閘并網(wǎng)，需微調(diào)節(jié)轉速。,(2) 燈光旋轉法： 此方法比暗燈法容易實現(xiàn)并網(wǎng)操作，一個相燈熄滅時，另兩個相燈亮度一樣；另外可根據(jù)燈光旋轉方向判斷頻率大小。,旋轉燈光法接線圖,條件不滿足時對電機的影響,1、電機和

4、電網(wǎng)之間有環(huán)流，定子繞組端部受 力變形。 2、產(chǎn)生拍振電流和電壓，引起電機內(nèi)功率振 蕩。 3、電機和電網(wǎng)之間有高次諧波環(huán)流，增加損 耗，溫度升高，效率降低。 4、電網(wǎng)和電機之間存在巨大的電位差而產(chǎn)生 無法消除的環(huán)流，危害電機安全運行。,電網(wǎng)的容量相對于并聯(lián)的同步發(fā)電機容量來說要大得多，如果對并聯(lián)在電網(wǎng)上的同步發(fā)電機進行有功功率和無功功率調(diào)節(jié)時，對電網(wǎng)的電壓和頻率不會有什么影響。無限大電網(wǎng)的特點是端電壓和頻率均可認為是恒定的。,第三節(jié) 同步電機并網(wǎng)運行的理論基礎,無限大電網(wǎng)：,同步發(fā)電機的理想條件:,并聯(lián)運行通常是指同步發(fā)電機與無限大電網(wǎng)并聯(lián)運行。就是發(fā)電機的端電壓和頻率與電網(wǎng)完全相等，同步發(fā)電

5、機,由于 與 同相位，雖然有電樞電流 的存在，但由于沒有有功功率輸出，仍認為是空載。同步發(fā)電機在理想條件下并聯(lián)到電網(wǎng)，原動機只能供給同步發(fā)電機轉動時所需的損耗功率，即風阻摩擦等機械損耗以及鐵耗等。,一、空載運行：（不是指 =0，而是指有功功率或有功電流為零）,也就是，原動機的拖動轉矩 等于空載矩 ，發(fā)電機不向電網(wǎng)輸出功率。,空載時改變發(fā)電機的勵磁電流 ：,1增大勵磁，則 ，電流落后電壓 電角 度（向電網(wǎng)輸送感性無功，相當于吸收容性無功）， 發(fā)電機對電網(wǎng)起電容器作用。 2減小勵磁，則 ，電流領先電壓 電角度， 發(fā)電機從電網(wǎng)吸收感性無功功率，此時發(fā)電機對電 網(wǎng)相當于電感負載。 3 改變發(fā)電機的勵磁

6、電流只能使電樞繞助產(chǎn)生落后或 領先的純無功電流，沒有能使發(fā)電機輸出有功功率。,并聯(lián)到電網(wǎng)上的發(fā)電機，能夠調(diào)節(jié)的物理量有兩個：一個是勵磁電流，另一個是原動機輸出轉矩。調(diào)節(jié)原動機的輸出轉矩使之增加， 引起轉子加速，首先出現(xiàn)的是轉子位置（以 為標志）領先氣隙旋轉磁密 ，由于電網(wǎng)頻率不會改變， 的頻率也不會變，所以氣隙磁密 的旋轉速度也不能變，維持恒定的同步速度。代表轉子位置的空間向量 在空載時與 同相位，當 增大瞬間，轉子加速使得 領先 一個角度 。,二、負載運行：,用一個等值集中的勵磁電流 (每對極只有一匝)去代替實際的勵磁電流。由于基波勵磁磁動勢領先于氣隙磁密一個 電角度，使勵磁電流 所在處的氣

7、隙磁密不為零 ，有磁場有電流就必然產(chǎn)生電磁力，轉子受力為：,若轉子極對數(shù)為 ，則整個轉子上有個 等值勵磁電流，作用在轉子的總電磁轉矩為 ：,1同步發(fā)電機的電磁轉矩 :,轉矩平衡等式的每項都乘以機械角速度，就變成功率平衡式。,2. 轉矩平衡和功率平衡：,電磁轉矩的出現(xiàn)，同步發(fā)電機轉矩平衡式變?yōu)椋?同 步 發(fā) 電 機 有 功 功 率 的 流 程 圖,自同步法的投入步驟為： （1）校驗發(fā)電機相序把發(fā)電機拖動到接近同步 速，勵磁繞組經(jīng)限流電阻短路。,2. 自同步法：,（2）發(fā)電機投放電網(wǎng)，立即加直流勵磁電流，此 時靠定、轉子磁場間所形成的引力就可把轉 子自動牽入同步。,1.隱極發(fā)電機：若忽略電阻 ，

8、則,第四節(jié) 有功功率的調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定,電網(wǎng)并聯(lián)運行的同步發(fā)電機，當增加原動機的拖動轉矩時，電機的電磁制動轉矩隨之增大，電機的電磁功率和輸出有功功率增大。,同步發(fā)電機的功角特性：,（1）保持勵磁電流 不變時， 值與 角按正弦曲線 變化，正半波代表發(fā) 電機工況。,（2） 一定時，改變勵磁 電流 ，若 ， 則12,請比較 和 的大小,第一項是勵磁電流在氣隙磁場中產(chǎn)生電磁力所引起的，與勵磁電勢 成正比，稱為勵磁電磁功率。,第二項在隱極機中不存在，與 無關，與端電壓 即合成等效磁極及縱橫軸磁阻的差異有關即 ，稱作凸極電磁功率,2. 凸極式發(fā)電機： 當忽略電樞電阻時，凸極式電磁功率亦等于輸 出功率。,凸

9、極 機 的 功 角 特 性 曲 線,結論1：當勵磁電流 為常數(shù)時，調(diào)節(jié)發(fā)電 機輸出的有功功率，發(fā)電機的無功功 率也會改變，輸出有功功率減少時， 輸出落后性無功功率會增大。,結論2：并聯(lián)在電網(wǎng)上的同步發(fā)電機，保持 勵磁電流 為常數(shù)，調(diào)節(jié)發(fā)電機輸 出的有功功率，電動勢向量 的軌 跡是一個圓，電樞電流 向量的軌 跡也是一個圓(圓心不是0)，把它們 稱為同步電機的圓圖。,三、 同步發(fā)電機與電網(wǎng)并聯(lián)運行 時的靜態(tài)穩(wěn)定,同步發(fā)電機輸出容量的大小，不僅受到發(fā)熱的限制，而且受到運行穩(wěn)定性的限制。,穩(wěn)定問題包括由若干個發(fā)電廠或發(fā)電機的電力系統(tǒng)，在正常負載調(diào)配和不正常事故中，這些電機或電廠是否還能保持同步運行的問

10、題。,穩(wěn)定問題又分為靜態(tài)穩(wěn)定和動態(tài)穩(wěn)定兩種。,（1）靜態(tài)穩(wěn)定問題：發(fā)電機在某一穩(wěn)定運行狀態(tài)，（即發(fā)電機和電網(wǎng)并聯(lián)運行時，電壓U和頻率f都為恒定值，勵磁電流If不變，其輸入功率和輸出功率都不變的運行狀態(tài)），如果在電網(wǎng)或原動機方面，突然發(fā)生一些微小干擾，在此小干擾去掉后，發(fā)電機如能恢復到原來的穩(wěn)定運行狀態(tài)，即認為該發(fā)電機的運行是穩(wěn)定的。,（2）動態(tài)穩(wěn)定問題：發(fā)電機突然加負載、切除負載等正常操作運行時，或者在發(fā)生突然短路、電壓突變、發(fā)電機失去勵磁電流等非正常運行，以及遭受到大的或是一定數(shù)值參數(shù)變化或負載變化時，電機是否還能保持同步運行的問題。,2 靜態(tài)穩(wěn)定分析：,(1) 隱極機,若原動機拖動轉矩 不變，當 增大一個 時，電磁轉矩 也增加一個 ，去掉干擾后，因 + ，使電機自動回到原工作點（ ），穩(wěn)定。,（2）凸極機： 凸極機與隱極機相似，額定運行點一般在 電角度范圍。 （3）最大轉矩 （或最大電磁功率 ）與額定電磁轉矩 （或額定電磁功率 ）之比稱為過載能力，用 表示： 隱極機 一般為1.52左右。,結論：對于穩(wěn)極同步發(fā)電機,發(fā)電機是靜態(tài)穩(wěn)定的， 或， 靜態(tài)穩(wěn)定。,發(fā)電機是靜態(tài)不穩(wěn)定的 ， 或， 靜態(tài)不穩(wěn)定。,時為靜態(tài)穩(wěn)定極限 ， 穩(wěn)定極限。